Poruchy v japonských jaderných elektrárnách – odhad situace a dalšího vývoje -R.Pavlovec

Poruchy v japonských jaderných elektrárnách - odhad situace a dalšího
vývoje
Analýza Radka Pavlovce, 13.března 2011 20:00 hodin

Upoznornění: Vzhledem k nedostatečnému toku informací ze strany
japonských úřadů je nyní pouze velmi těžko možné udělat přesné
zhodnocení situace. Chtěl bych proto poprosit, aby byl tento můj odhad
považován za pouhou velmi hrubou orientaci na základě vyhodnocení
dosud dostupných informací.

Poznámka k postiženému reaktorovému typu

Všechny v Japonsku dosud postižené reaktory jsou zcela zastaralé varné
reaktory bez ochranné obálky (containmentu), který je běžný u
moderních reaktorů. Turbína je přímo poháněná párou, vyrobenou v
reaktorové tlakové nádobě, strojovna tedy také patří ke kontrolované
oblasti. Hranatá ochraná obálka reaktoru nemůže odolat silnějším
vnějším vlivům. Zařízení jsou vybavena tzv. systémem na snížení tlaku,
který má v případě poruch udržet tlak pod kritickými hodnotami. Tento
systém se skládá z tlakové komory a kondensační komory, která je
zaplněna vodou. Tato voda také slouží jako rezerva pro případ nouze.
Aby se předešlo zničení reaktorové obálky, musí být v případě poruch
kontrolovaně upouštěn tlak. V normálním případě se tak děje přes
filtr, aby se zamezilo úniku radioaktivních substancí.
Blok 1, který byl nejvíce postižen problémy, je ten nejmenší (výkon
460 MW) a také nejstarším (uvedení do provozu v roce 1970) celého
jaderného zařízení ve Fukušimě 1. Zařízení se skládá z celkem 6
reaktorových bloků. Blok, který byl postižený velkou poruchou, měl být
za několik týdnů zcela odstaven. Blok 3, který byl přímo ohrožen
tavením jádra, byl uveden do provozu v roce 1974 a má výkon 784 MW.
Problémy s výpadkem chlazení byly hlášeny také z dalších dvou bloků v
této lokalitě, stejně tak jako z dalších japonských jaderných
elektráren.

Počátek poruchového scénáře

V důsledku zemětřesení došlo k vypnutí reaktorů (automatickými
systémy). I přes vypnutí však reaktorové jádro ještě nějakou dobu
nadále vyvíjelo určitý termický výkon, který musel být odveden. Jako
důsledek zemětřesení, po kterém následovala vlna tsunami, došlo k
výpadku nouzového generátoru. Čerpadla oběhu páry mohla být pak
napájena pouze pomocí baterií, jejichž energie stačila pouze na
několik hodin. Kromě toho mělo dojít i ke ztrátě chladiva, to znamená,
že palivové články nemohly být zchlazeny. Příčina ztráty chladiva není
dosud známa (netěsnost v důsledku zemětřesení, příliš nízký výkon
chlazení - vypuštění páry přes ventily). Z tohoto důvodu mohlo dojít k
přehřátí s následným tavením jádra.

Z chování provozovatele vyplývá, že chlazení nebylo nebo není
dostatečné na více blocích. Několikrát bylo provedeno kontrolované
upuštění směsi vzduchu/vody z reaktorové budovy, aby se předešlo
jejímu zničení. To se dělo přes filtry, které mohou zachytit i izotopy
jódů 131 nebo césia 137, ale jsou neúčinné na zachycení xenonu a
kryptonu. Je třeba proto počítat s tím, že se kontrolovaným
odpouštěním tlaku do vzduchu dostaly vzácné plyny, v případě jódu a
césia pak pouze malý podíl (pod 1%).
Exploze v bloku 1 jaderné elektrárny Fukušima

12.března 2011 došlo v bloku 1 k obrovské explozi, která zničila
obálku reaktoru. Jako příčina se jeví dvě možnosti: buď exploze vodíku
nebo překročení maximálního tlaku uvnitř reaktorové budovy. Exploze
vodíku by pak potvrdila hypotézu, že došlo k tavení části jádra. Vodík
vzniká při velmi vysokých teplotách, kterých se dosáhne v případě
tavení jádra (více než 800°C) - a to chemickými reakcemi vody resp.
vodní páry s kovovými částmi (především obaly palivových článků).
Druhá možnost - exploze reaktorové obálky v důsledku překročení
kritického tlaku - přichází také v úvahu. Příčinou by mohlo být rychlé
zvýšení tlaku otevřením bezpečnostního ventilu u reaktorové tlakové
nádoby, selhání výpustného ventilu na reaktorové obálce nebo snížená
odolnost obálky v důsledku škod vzniklých zemětřesením. Také v případě
tohoto scénáře mohlo tavení jádra představovat primární příčinu
exploze.

Nezávisle na příčině exploze se musí vycházet z toho, že náhlým
snížením tlaku bylo vrhnuta většina rezervy vody do atmosféry a nebyla
tak již k dispozici pro chlazení reaktorového jádra. Chladící funkce
systému snížení tlaku tak již s velkou pravdpodobností po explozi
neexistovala. To zvyšuje pravděpodobnost pro pokračování tavení jádra.
Po zničení reaktorové obálky již nebyla funkce filtru pro odpouštění
tlaku reaktorové tlakové nádoby provozuschopná. Vedle radioaktivních
vzácných plynů se mohly do životního prostředí dostat také rychle
prchavé izotopy jódu 131 a césia 137. To by s sebou již mohlo nést
radioaktivní zamoření velké oblasti.

Další vývoj

Další vývoj závisí primárně na tom, zda se podaří zamezit nebo alespoň
omezit tavení jádra, tak aby nedošlo ke zničení reaktorové tlakové
nádoby. To není možné v tuto chvíli seriózně odhadnout, protože
provozovatel nezveřejňuje žadná data (teplotu, tlak).
Pokud by došlo k selhání reaktorové tlakové nádoby, dostala by se
velká část radioaktivního inventáře do životního prostředí. V bloku 1
jaderné elektrárny Fukušima 1 neexistuje po explozi žádná další
bariéra, která by zamezila úniku radioaktivních látek do životního
prostředí.
V případě bloku 3 je reaktorová obálka sice ještě neporušená, ale je
třeba se zamyslet nad tím, zda by tato obálka v případě selhání
reaktorové tlakové nádoby odolala vzniklému zvýšení tlaku. S velkou
pravděpodobností by tato situace zapříčinila také zničení reaktorové
obálky a došlo by tak také v velkému úniku radioaktivity do okolí.
Scénář by se vyvíjel podobně jako v blocích 1 a 3 JE Fukušima 1 i v
dalších blocích, které jsou postižené problémy s chlazením.
V případě selhání reaktorové tlakové nádoby by mohlo dojít - podobně
jako v případě JE Černobyl - k úniku velkého množství radioaktivního
inventáře do životního prostředí. V případě rychle prchavých izotopů
jódu 131 a césia 137 by tento podíl mohl dosáhnout 50-90%, u stroncia
90 pak asi 40%.